模电——低功耗心电放大器设计报告.doc

PAGE \* MERGEFORMAT4 模拟电子电路设计 ——低功耗心电放大器设计报告 学院： 电气工程学院 班级： 姓名： 学号： 1412021061 日期： 2016 .7.1 1.概述 心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。 基本心电图如上所示，包含如下几个波段： P波――? 两心房除极时间 P-R间期?――? 心房开始除极至心室开始除极时间 QRS波群?――? 全心室除极的电位变化 ST段?――心室除极刚结束尚处以缓慢复极时间 T波?―― 快速心室复极时间 2.设计背景 心电放大器是一种常见的生物电放大仪器，在如今已经得到了广泛的应用，并已经研发出了便携家用的医疗仪器。心电放大器可以实时观测被测者的心电信号，有助于病征的观测，并能辅助诊断。心电放大器作为精密医疗仪器，在现代的应用越来越广泛，低成本是它的一个重要趋势。 心电信号有几个显著的特点。 心电信号很微弱，其幅值为10μV（胎儿）-4mV（成人），放大倍数约为500~1000倍； 频率很低，约为0.05Hz-75Hz，能量主要集中在17Hz附近； 有很强的随机性，并不稳定。 人体作为信号源，本身内阻很大。 干扰多。如肌电等人体噪声，以及在心电放大器中不可避免的工频等设备噪声。 3.设计意义 对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值； 对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程； 对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助； 能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌的作用。 4.设计要求 输入电阻5M 共模抑制比80dB 输出摆幅2.5V（采用单片机采集时动态范围≧28） 频带：0.05～75Hz 功耗5mA 直流供电，使用三节1.5V干电池，便于携带 5.总体方案设计 本项目通过模拟电路对信号进行一些列处理，最终实现在示波器上显示波形。经过分析将电路大致分为几个模块，包括信号采集放大模块，信号滤波模块，信号50Hz陷波处理模块，电平提升模块。前置放大采用的是差分放大，滤波采用二阶低通滤波器，50Hz陷波采用双T网络，最后经由电平提升输出到显示屏。 6.各模块功能实现 信号采集放大模块（R11表示第一个模块中第一个电阻） A．总体概述 如下图，采用protues仿真 心电信号非常微弱，为mV量级，只有对其进行放大到适当范围才能够进行更多的采集和处理，这些都决定了信号放大电路成为整个系统设计成败的关键。如上图所示的同相并联三运放结构，这种结构可以较好地满足高输入阻抗，高共模抑制比，低噪声的要求。放大器的第 = 1 \* ROMAN I级主要用来提高整个放大电路的输入阻抗。第 = 2 \* ROMAN II级采用差动电路用以提高共模抑制比。 B．信号放大 运放放大电路，采用LM358芯片构成差动放大电路，根据虚短、虚断的概念，不难分析U2:1A、U2:1B前置放大电路仅对差模信号有放大作用，差模放大倍数为（R12+2R11）/ R12倍。 AD620是一种只用一个外部电阻就能设置放大倍数为1—1000的低功耗、高精度仪表放大器。尽管AD620由传统的三运放放大器发展规律而成,但一些主要性能却优于三运算当代器构成的仪表放大器设计,电源范围宽(±2.3V--±18V),设计体积小,功耗非常低(最大供电电流仅为1.3mA)因而使用于低电压、低功耗的应用场合。内部增益电阻被精确确定为24.7kΩ,使得运放增益精确地由Rg确定 部增益为 其中差动放大电路部分放大了5倍，因为其本身受极化电压的影响，放大倍数应为5倍左右。而AD620核心放大器放大倍数可经过滑动变阻器调节，使这个电路的放大倍数达到100倍左右，使信号能够更好的进行滤波等后期处理。 C．无源高通滤波电路 由于心电信号本身有频带，同时也存在着诸多干扰，因而滤波电路是整个心电放大器成功的关键所在。项目中的频带为0.05Hz—75Hz，因而设计了截止频率为0.0482